一種簡易快速裝夾軸類零件鉆削夾具設(shè)計

許連杰

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 太倉 215400）

在企業(yè)生產(chǎn)中，有些零件輪廓簡單，加工精度要求不高。但因輪廓特征的原因，需要使用數(shù)控機(jī)床加工。尤其是在小批量生產(chǎn)中，使用數(shù)控設(shè)備加工此類工藝簡單、精度不高、單個零件工時短的零件，無形中增加了生產(chǎn)成本。此時便需要設(shè)計一種專用夾具，使之可以在普通機(jī)床上完成加工。

1 零件工藝分析

如圖1 所示，這是一個液體分流閥零件，尺寸、精度、表面粗糙度要求見圖1，材質(zhì)為PA66。零件主體結(jié)構(gòu)較為簡單，尺寸精度要求較高，使用數(shù)控車床車削加工即可。在零件φ40 圓柱端面上，均勻分布3 個φ5 通孔，位置有一定的精度要求。若使用常規(guī)夾具，需使用加工中心加工。為減少生產(chǎn)成本，在設(shè)計專用鉆削夾具后，可實現(xiàn)使用普通鉆床加工。擬定工藝如下：準(zhǔn)備毛坯；車外圓、端面至尺寸；車斷；調(diào)頭裝夾；車外圓、端面；鉆床鉆孔、鉸孔。詳細(xì)參數(shù)見表1。

圖1 分流閥零件簡圖

表1 零件加工工藝表

2 鉆削夾具設(shè)計

專用夾具是一種在固定的中大批量零件生產(chǎn)過程中使用的零件生產(chǎn)輔助工具，是依據(jù)加工工藝要求而設(shè)計的工藝設(shè)備，可提高零件的生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量[1]。為了能夠滿足多品種、中小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，夾具還要具備一定的柔性化。常見的柔性化夾具包含通用可調(diào)夾具、模塊化夾具等，帶有專業(yè)性特點的同時，能夠通過拆卸結(jié)構(gòu)調(diào)整夾具[2]。綜合考慮，在鉆削夾具設(shè)計時，要求零件裝夾定位準(zhǔn)確、可以快速裝夾、具有可調(diào)柔性化，見圖2。

圖2 鉆削夾具簡圖

2.1 定位方法及結(jié)構(gòu)

根據(jù)零件輪廓特點，定位方法采用V 型面定位，見圖3，擋塊5 中V 型面作為零件的定位面。擋塊5與鉆模板6 之間通過定位銷過盈配合，將擋塊與鉆模板的位置關(guān)系固定，再通過內(nèi)六角螺栓緊固。擋塊與鉆模板裝配后，保證鉆模板上鉆套中心與零件軸心同軸，再配合使用鉆套10，以滿足鉆孔位置要求；并且擋塊與鉆模板間定位銷是過盈配合，兩者將不再拆分。

圖3 定位結(jié)構(gòu)簡圖

考慮夾具的柔性化，可以設(shè)計多套不同尺寸規(guī)格的擋塊與鉆模板結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同直徑的圓柱面零件定位需要。最后，將擋塊與底板使用螺栓緊固，因為底板與擋塊間的位置關(guān)系并不影響零件的定位，為了方便后期裝夾不同尺寸的零件需要更換定位擋塊和鉆模板，所以擋塊與底板采用銷孔間隙配合。機(jī)構(gòu)裝配方式見圖4。

圖4 定位結(jié)構(gòu)爆炸圖

2.2 定位誤差分析

定位誤差產(chǎn)生的原因有兩個：

一是定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生的定位基準(zhǔn)位移誤差ΔY。

二是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差ΔB，所以定位誤差△D=ΔY+ΔB[3]。本方案中鉆削加工的定位基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)都是φ20 外圓的中心線，不存在基準(zhǔn)不重合誤差，所以ΔB 為0。定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的誤差來源于以下4 處：擋塊上V 型面定點位置到基準(zhǔn)面的距離誤差A(yù)；擋塊銷孔與基準(zhǔn)面的位置誤差B；鉆模板銷孔與基準(zhǔn)面的位置誤差C；鉆模板上鉆套孔的中心線與基準(zhǔn)面的位置誤差D。在現(xiàn)有加工條件下，使用加工中心加工夾具零件，根據(jù)其加工工藝可以使擋塊中V 型面與基準(zhǔn)面在一次裝夾中完成加工，鉆模板上鉆套孔與基準(zhǔn)面一次裝夾中完成加工，保證誤差A(yù) 和誤差D 不超過±0.001 mm；誤差B 和誤差C 不超過±0.01 mm。綜合誤差為±0.022 mm，滿足零件鉆削誤差要求，見圖5。

圖5 定位誤差分析簡圖

2.3 快速夾緊裝置工作原理

見圖6，夾緊機(jī)構(gòu)主要由夾緊桿2、凸輪手柄3、壓板4、夾緊力調(diào)節(jié)螺絲7 等構(gòu)件組成。該夾緊機(jī)構(gòu)主要實現(xiàn)兩項功能。

圖6 夾緊機(jī)構(gòu)軸測圖

首先，為了實現(xiàn)快速裝夾功能，選用凸輪機(jī)構(gòu)作為加緊方案。在常規(guī)的凸輪基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，融合了手柄，使用更加方便。

其次，要能夠?qū)崿F(xiàn)裝夾過程簡便，零件取出和放入操作簡單方便。在增加鉆模板后，零件無法從夾具上方取出，只能選擇從側(cè)面取出和放入。為了實現(xiàn)這一功能，夾緊機(jī)構(gòu)做了如下調(diào)整：

第一，在常規(guī)的凸輪機(jī)構(gòu)中增加了一塊壓板4，同時減少壓板4 夾緊位置的厚度，進(jìn)而增加了壓板與擋塊之間的張開范圍，為零件從側(cè)面裝卸留出空間[4-7]。

第二，在夾緊桿2 上增加夾緊力調(diào)整螺栓7，由凸輪帶動夾緊桿，再由夾緊桿上的螺栓將夾緊力傳遞到壓板上，進(jìn)行零件加緊，進(jìn)一步增大了壓板的活動范圍。同時，調(diào)節(jié)螺栓7 可以實現(xiàn)夾緊力大小的調(diào)整，適應(yīng)不同場合的需要。

通過以上調(diào)整，大大的增加了壓板的轉(zhuǎn)動行程，實現(xiàn)零件由夾具側(cè)面裝卸的功能，見圖7。

圖7 夾緊機(jī)構(gòu)俯視圖

3 夾具部件制造及使用說明

擋板和鉆模板組成了零件的定位裝置，兩個部件在設(shè)計時要參考所夾持的圓柱面的直徑，精確計算V型面開口尺寸及定位所涉及的各個尺寸的公差要求。以底板的上表面作為夾具體的基準(zhǔn)面，要確保V 型面與底板上表面的垂直度。在制造鉆模板時，要注意與擋板接觸的側(cè)面和上表面的垂直度，確保安裝后鉆模板上的圓孔軸線垂直于底板上表面。

在裝配時，夾緊機(jī)構(gòu)中的夾緊桿2 和壓板4 并不是使用六角螺釘與底板緊固。在夾緊桿的孔中有高度略高與夾緊桿的銅套，螺釘將銅套與底板固定，夾緊桿可繞銅套轉(zhuǎn)動。為了使拆卸產(chǎn)品時壓板與擋板的開口更大，在壓板處采用等高螺釘作為轉(zhuǎn)動軸，且壓板上的孔徑可以較大一些，以此獲得更多位移量。

4 結(jié)論

本套夾具經(jīng)過實際使用，裝夾方便快捷，不僅能夠滿足零件加工質(zhì)量，而且降低了加工成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在柔性化改進(jìn)方面，可以通過更換不同尺寸的擋板與鉆模板組合，適應(yīng)在不同直徑的軸類零件斷面鉆，為類似零件提供了很好的借鑒思路。